【文章內容簡介】 l og 8 100 0BbR R Baud??518 3 1 01 0 0 0 1 0 6 0eP?? ? ???《 通信原理課件 》 信道及其容量 任何一個通信系統 ， 均可視為由發(fā)送端 、 信道和接收端三大部分組成 。因此 ， 信道是通信系統必不可少的組成部分 ， 信道特性的好壞直接影響到系統的總特性 。 本節(jié)將重點討論信道特性及其對信號傳輸的影響 ， 并介紹信道中加性噪聲的一般特性及信道容量的概念 。 《 通信原理課件 》 信道的定義和分類 通常對信道的定義有兩種理解：一種是指信號的傳輸媒質 ， 如對稱電纜 、同軸電纜 、 超短波及微波視距傳播路徑 、 短波電離層反射路徑 、 對流層散射路徑以及光纖等 ， 稱此種類型的信道為狹義信道 。 《 通信原理課件 》 另一種是將傳輸媒質和各種信號形式的轉換 、 耦合等設備都歸納在一起 ，包括發(fā)送設備 、 接收設備 ， 饋線與天線 、 調制器等部件和電路在內的傳輸路徑或傳輸通路 ， 這種范圍擴大了的信道稱為廣義信道 。 《 通信原理課件 》 廣義信道按照它包含的功能 ， 可以劃分為調制信道與編碼信道 。 在模擬通信系統中，主要是研究調制和解調的基本原理，其傳輸信道可以用調制信道來定義。 《 通信原理課件 》 所謂調制信道是指圖 17中調制器輸出端到解調器輸入端的部分。從調制和解調的角度來看，調制器輸出到解調器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒質，不管其中間過程如何，只是對已調信號進行某種變換，因此可以將其視為一個整體。在研究調制、解調問題時，定義一個調制信道是非常方便的。 《 通信原理課件 》 圖 17 調制信道和編碼信道 《 通信原理課件 》 在數字通信系統中 ， 如果我們只關心編碼和譯碼問題 ， 可以定義編碼信道來突出研究的重點 。 所謂編碼信道是指圖17中編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分 。 《 通信原理課件 》 因為從編碼和譯碼的角度來看 ， 編碼器是把信源所產生的消息信號變換為數字信號 ， 譯碼器則是將數字信號恢復成原來的消息信號 ， 而編碼器輸出端至譯碼器輸入端之間的一切環(huán)節(jié)只是起到了傳輸數字信號的作用 ， 所以可以將其歸為一體來討論 。 圖 17為調制信道與編碼信道的示意圖 。 《 通信原理課件 》 信道數學模型 信道的數學模型用來表征實際物理信道的特性 ， 它反映信道輸出和輸入之間的關系 。 下面我們簡要描述調制信道和編碼信道這兩種廣義信道的數學模型 。 《 通信原理課件 》 調制信道模型 調制信道屬于模擬信道 ， 通過對調制信道進行大量的分析研究 ， 發(fā)現它具有如下共性： （ 1） 有一對 （ 或多對 ） 輸入端和一對 （ 或多對 ） 輸出端； （ 2） 絕大多數的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理； 《 通信原理課件 》 （ 3） 信號通過信道具有一定的延遲時間 ， 而且它還會受到 （ 固定的或時變的 ） 損耗； （ 4） 即使沒有信號輸入 ， 在信道的輸出端仍可能有一定的輸出 （ 噪聲 ） 。 根據以上幾條性質 ， 調制信道可以用一個線性時變網絡來表示 ， 如圖 18所示 。 《 通信原理課件 》 圖 18 調制信道模型 《 通信原理課件 》 圖 18中輸入與輸出之間的關系可以表示為 式中 , 是輸入的已調信號； 是信道的輸出； n(t)為加性噪聲（或稱加性干擾） ,它與 不發(fā)生依賴關系，或者說 ,n(t)獨立于 。 ()iet()iet（ ） ? ? )()()(0 tntefte i ??()iet ()oet《 通信原理課件 》 中 “ f”表示網絡輸入和輸出信號之間的某種函數關系。為了便于數學分析，通常假設 其中 k(t)依賴于網絡特性，它對 來說是一種乘性干擾。因此，式（ ）就可以改寫為 ()iet（ ） [ ( ) ] ( ) ( )iif e t k t e t?0 ( ) ( ) ( ) ( )ie t k t e t n t??? ?()if e t《 通信原理課件 》 由以上分析可見 ， 信道對信號的影響可歸納為兩點：一是乘性干擾 k(t) ；二是加性干擾 n(t) 。 如果了解和的特性 ， 則信道對信號的具體影響就能確定 。信道的不同特性反映在信道模型上有不同的 k(t)和 n(t) 。 《 通信原理課件 》 通常 ， 把前面提到的架空明線 、 電纜 、 波導 、 中長波地波傳播 、 超短波及微波視距傳播 、 衛(wèi)星中繼 、 光導纖維以及光波視距傳播等傳輸媒質構成的信道稱為恒參信道；而將短波電離層反射 ， 超短波流星余跡散射 ， 超短波及微波對流層散射 ， 超短波電離層散射以及超短波視距繞射等傳輸媒質所分別構成的信道稱為隨參信道 。 《 通信原理課件 》 編碼信道模型 編碼信道是包括調制信道及調制器 、解調器在內的信道 。 它與調制信道模型有明顯的不同：調制信道對信號的影響是通過和使信號的模擬波形發(fā)生變化 。而編碼信道對信號的影響則是一種數字序列的變換 ， 即把一種數字序列變成另一種數字序列 。 故有時把調制信道看成是一種模擬信道 ， 而把編碼信道看成是一種數字信道 。 《 通信原理課件 》 在常見的二進制數字傳輸系統中，編碼信道的簡單模型如圖 19所示。 圖 19 二進制編碼信道模型 《 通信原理課件 》 圖 19的模型中 ， P(0)和 P(1)分別表示發(fā)送 “ 0” 符號和 “ 1” 符號的先驗概率 ， P(0/0)與 P(1/1)是正確轉移的概率 ，而 P(1/0)與 P(0/1)是錯誤轉移的概率 。信道噪聲越大將導致輸出數字序列發(fā)生錯誤越多 ， 錯誤轉移條件概率 P(1/0)與P(0/1)也就越大；反之 ， 錯誤轉移條件概率 P(1/0)與 P(0/1)就越小 。 信道輸出總的錯誤概率為 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) （ ） 《 通信原理課件 》 由概率論的性質可知 P(0/0)+P(1/0)=1 P(1/1)+P(0/1)=1 轉移概率完全由編碼信道的特性決定，一個特定的編碼信道就會有其相應確定的轉移概率關系。而編碼信道的轉移概率一般需要對實際信道做大量的統計分析才能得到。 《 通信原理課件 》 由無記憶二進制編碼信道模型可以容易地推廣到多進制無記憶編碼信道模型。圖 110給出了一個多進制無記憶編碼信道模型。 《 通信原理課件 》 圖 110 多進制無記憶編碼信道模型 《 通信原理課件 》 由于編碼信道包含調制信道，且它的特性也緊密地依賴于調制信道，故下面我們主要討論調制信道特性對信號傳輸的影響。 《 通信原理課件 》 調制信道特性對信號傳輸的影響 一 、 恒參信道對信號傳輸的影響 由于恒參信道對信號傳輸的影響是確定的或者是變化極其緩慢的 。 因此 ，其傳輸特性可以等效為一個線性時不變 網絡 ， 該線性網絡的傳輸特性可以用幅度 — 頻率特性和相位 — 頻率特性來表征 。 《 通信原理課件 》 信號不失真?zhèn)鬏數臈l件 對于信號傳輸而言，通常追求的是信號通過信道時不產生失真或者失真小到不易察覺的程度。由 《 信號與系統 》 課程可知，線性網絡傳輸特性 H(ω) 通?？捎梅龋l率特性 |H(ω)| 和相位－頻率特性 來表征，即 ()??《 通信原理課件 》 要使任意一個信號通過線性網絡不產生波形失真，網絡的傳輸特性 H(ω)應該具備以下兩個理想條件： （ 1）網絡的幅度－頻率特性|H(ω)| 是一個不隨頻率變化的常數，如圖 111（ a）所示，其中為常數。 )()()( ???? jeHH ?（ ） 《 通信原理課件 》 (2)網絡的相位－頻率特性 應與頻率成直線關系，如圖 111（ b）所示，其中 K為常數。 網絡的相位－頻率特性常用群時延－頻率特性 來表示。所謂群時延－頻率特性是指相位－頻率特性的導數，即 ()??（ ） ()??()() dd??????《 通信原理課件 》 可見 ， 對于理想的無失真信道 ， 如果相頻特性是線性的 ， 則群時延－頻率特性是－條水平直線 ， 如圖 111（ c） 所示 。 《 通信原理課件 》 圖 111 理想的幅－頻特性、相－頻特性、群時延－頻率特性 《 通信原理課件 》 信號兩種主要失真及其影響 信號經過恒參信道時 ， 若信道的幅度特性在信號頻帶內不是常數 ， 則信號的各頻率分量通過信道后將產生不同的幅度衰減 ， 從而引起信號波形的失真 ，我們稱這種失真為幅－頻失真；幅－頻失真對模擬通信影響較大 ， 導致信噪比下降 。 《 通信原理課件 》 若信道的相頻特性在信號頻帶內不是頻率的線性函數 ， 則信號的各頻率分量通過信道后將產生不同的時延 ，從而引起波形的群時延失真 ， 我們稱這種失真為相－頻失真 。 相－頻失真對語音通信影響不大 ， 但對數字通信影響較大 ， 會引起嚴重的碼間干擾 ，造成誤碼 。 《 通信原理課件 》 信道的幅－頻失真是一種線性失真，可以用一個線性網絡進行補償。若此線性網絡的頻率特性與信道的幅－頻特性之和，在信號頻譜占用的頻帶內，為一條水平直線，則此補償網絡就能夠完全抵消信道產生的幅－頻失真。信道的相－頻失真也是一種線性失真，所以也可以用一個線性網絡進行補償。 《 通信原理課件 》 [例 ] 設某恒參信道的傳輸特性為 其中， td 為常數。試確定信號s(t)通過該信道后的輸出信號表達式，并討論該信道對信號傳輸的影響。 ? ?0( ) 1 c os djtH T e ??? ???《 通信原理課件 》 解：該恒參信道的傳輸函數為 沖激響應為 ? ?0( ) 1 c os djtH T e ??? ???001 ()2ddj t j T j T j te e e e? ? ? ?? ? ?? ? ?00( ) ( )1122d d dj t j t T j t Te e e? ? ?? ? ? ? ??